5连杆参数和坐标系课件.pptVIP

机器人学基础 引言 机器人运动学 机器人运动学——连杆参数 机器人运动学——连杆参数 机器人运动学——连杆参数 连杆长度：两条关节轴线的公垂线段的长ai-1； 连杆扭角：两条关节轴线间的夹角αi-1； 连杆距离（偏置）：两条公法线之间的距离di； 连杆转角（关节角）： 两条公法线之间的夹角θi。 机器人运动学——连杆参数 机器人运动学方程 描述手部坐标系相对于固定参考系的位姿 上海电机学院 机械学院 LOGO * 上海电机学院 * ——连杆参数和坐标系 已知机器人中各运动副的运动参数，求末端执行器位姿。 已知末端执行器位姿，求各运动副的运动参数。 运动学正问题 运动学逆问题 机器人运动学问题 机器人运动学的重点研究手部的位姿和运动。 而手部位姿是与机器人各杆件的尺寸、运动副类型及杆间的相互关系直接关联的。 首先必须分析两相邻杆件的相互关系，即建立连杆坐标系。 机器人运动学 对坐标系的各坐标轴的分配并无任何特殊规定——坐标变换方程。 一般方法 它严格定义了每个坐标系的坐标轴，并对连杆和关节定义了4个参数。 D-H方法 连杆坐标系建立方法： 连杆 长度 两条关节轴线的公垂线段的长ai-1 扭角 这两条关节轴线间的夹角αi-1 参 数 由连杆长度和扭角完全定义了连杆i-1的特征。实际上，公法线的长度和扭角可以用来规定任意两条空间直线的位置关系。 例 XHK5140换刀机械手的连杆1如图所示，关节1的轴线与正方体的对角线重合，关节2的轴线与正方体的一棱边重合，正方体的变长为l，求此连杆长度a1和扭角α1. 连杆 距离 沿关节i轴线两个公垂线间的距离di 连杆 转角 两个公垂线的夹角θi。 参 数 对于运动链两端，按习惯约定： 以及 的确定方法如下： 机器人运动学——连杆坐标系 关节变量 连杆参数 连杆自身 连杆长度 扭角 连杆距离 连杆扭角 相邻连杆 确定连杆的运动类型和各个关节变量, 便可建立连杆坐标系。 为了确定机器人各连杆之间相对运动关系，在各连杆上分别固接一个坐标系。与基座固接的坐标系记为{0}，与连杆i固接的坐标系记为{i}。下面讨论确定连杆坐标系的方法。 机器人运动学——连杆坐标系 中间连杆 1 首末连杆 2 中间连杆 1 机器人运动学——连杆坐标系 机器人运动学——连杆坐标系 首末连杆 2 (1)基座标系{0}与基座固连，固定不动，常用它来描述操作臂其他连杆的运动。基座标系{0}原则上可以任意规定，但是为了简单方便起见，总是规定： 当第一个关节变量为零时，{0}与{1}重合。 当第一个关节式旋转关节时,d1=0 ; 当第一个关节是移动关节时 ,θ1=0 ; (2)末端连杆坐标系{n}的规定与基座标系{0}相似 机器人运动学——连杆坐标系 值得注意的是，连杆坐标系的设定不是唯一的。选择不同的连杆坐标系，相应连杆参数将会改变。 机器人运动学——连杆坐标系 连杆变换：连杆坐标系｛i｝相对于｛i-1｝的变换，记为 机器人运动学——连杆变换 令i系绕xi-1轴旋转角αi-1 沿xi-1轴平移ai-1 沿zi轴旋转θi角 绕zi轴移动di i系经过如下变换： 相应算子 工业机器人运动学—连杆坐标系之间的变换矩阵 这些子变换都是相对动坐标系描述的，按照“从左向右”的原则 连杆变换依赖于四个连杆参数，其中只有一个是变化的 。 对于转动关节i，θi是变量；对于移动关节，di是变量。 引入广义变量qi 根据各关节位置传感器的输出，得到各关节变量 的值. 即可求出 . 称为运动学方程 。 表示末端连杆的位姿与关节变量之间的关系。 机器人运动学方程的一般形式 建立连杆坐标系 上海电机学院 机械学院